绝对零度-273.15℃为什么是温度的下限,随着科学认知的提升会不会更低?

海内知识


低过绝对零度后(宇宙温度),暗能量开始出现,逐渐形成奇点,最后发生暗能量剧烈反弹(宇宙大爆炸),大爆炸后留下一个宇宙坑就是黑洞。宇宙是由温度下沉开始形成的


美术家1


我们都知道,绝对零度是零下273.15摄氏度。但不知道有木有想过这个问题,为什么绝对零度是这么一个温度?难道不可能出现比绝对零度更低的温度了吗?或者说,有没有可能绝对零度随着人类的认知水平的提升,也会发生变化?

温度

要想搞清楚这个问题,我们就得先搞清楚“温度到底是什么?”。很早以前,关于温度的问题,科学家提出了许多的假说,比如:燃素说,热质说。

尤其是热质说还一度是非常主流的科学理论,有一些热力学定律就是基于热质说提出来的。当然,后来热质说也被否定了。

如今,对于“温度”的定义其实要远比我们想象中的复杂。不过,这并不妨碍我们理解温度。我们可以从经典物理学的视角来理解这个问题。在经典物理学中,温度的微观解释就是分子热运动的剧烈程度

那这句话是什么意思呢?

我们都知道,万物都是有粒子构成的。但是这些粒子实际上并不是整整齐齐地排着队,而是杂乱无章的。我们可以来举个例子,构成物质的原子,并不是像学生们在上间操时那样拍好阵列的,而更像是在自由活动时间,或者下课时间在操场上乱跑的状态。

这也就带来了一个问题,我们该如何描述它,或者说它和宏观世界有什么联系?

科学家发现,当这些粒子整体的动能很大时,温度就高;整体的动能很小时,温度就低。于是,我们可以利用分子的平均动能来描述温度。

分子的平均动能越大,温度就越高,分子的平均动能越小,温度就越低。

绝对零度

那知道温度的本质,我们再来看看绝对零度到底是什么?

其实这个问题也很容易,既然温度和分子的平均动能有关。那就意味着,分子的平均动能为零时,就是最低温度。实际上,关于绝对零度的定义也确实如此,唯一不同的是,绝对零度指的是在量子力学框架下的平均动能最低点。

但是这里其实要多补充一点。很多人会觉得绝对零度对应的微观世界就是粒子们都站那不动了。实际上,并不是如此,粒子还是要动的,只是在小范围的振动。而且这个时候的粒子还符合量子力学的基本原理,也就是大名鼎鼎的不确定性原理。那什么是不确定性原理呢?

上世纪20年代,物理学家海森堡就一直在思考量子力学的相关问题。后来,他摒弃了轨道,能级等概念,提出了不确定性原理。他发现,我们没有办法同时确定粒子的位置信息和动量信息,一旦有一项测得准了,另外一项就很难测准,因此,这个理论也被称为测不准原理。

如果微观粒子完全不动了,那就不符合量子力学的基本理论,这是因为处于这种状态,我们就可以同时测准位置信息和动量信息了。

所以,绝对零度时,粒子并不非是完全不动的,而是在小范围内振动。

绝对零度变化吗?

实际上,在理论上,是允许低于绝对零度的,这里说的理论上,仅仅指的是数学上的表述。但实际上是不可能发生的。而且根据热力学定律,绝对零度是达不到的。其实这个问题也好理解,我们要给一个物体降温,一般是拿一个更低温度的东西来降温。这和抽真空也很小,说白了就是拿一个更空的来抽。

那问题来了,如果要降到绝对零度,这意味着就得拿一个比绝对零度更低的温度来降温,可明明绝对零度已经是最低温度了,上哪能找到更低的温度来降温?

所以,你发现,你没办法用这种手段来实现低于绝对零度。那真的就达不到绝对零度了吗?

实际上,科学家是不信邪的,科学家并不会被一个热力学定律给吓唬到,毕竟定律就是用来打破的。他们其实做了很多尝试,目前最主流的办法是利用激光,你可以把激光想象成筷子,利用多束激光,就可以是现在原子层面上,让原子尽可能地静止,就好像用筷子夹住了一样。利用这个办法,科学家做到了十分接近于绝对零度,但目前来看,还没有到达零度。


薛定谔的科学


首先我们要明白温度的定义,简单说温度就是微观粒子运动剧烈程度,而绝对零度是微观粒子运动的最低值,并不是粒子完全不动的状态,为何这样说?

这是量子力学的不确定性决定的,根据这个特性,任何微观粒子都存在着不确定性,微观粒子的动能和位置是不确定的,两个不确定性的乘积必须大于一个数,不可能为零,所以粒子的动能也就是速度不可能为零!

这说明粒子不可完全静止!

热力学第三定律也决定了温度不可能低于绝对零度,这是目前人类的科学认知。当然任何科学理论都是有局限性的,科学一定存在局限性,这是科学本质决定的,因为科学是没有尽头的!

对于未知的东西,我们需要用科学精神去理解,而不是用猜测和想象,科学精神就是“用证据来说话”,否则如果仅有想象猜测,与民科有什么区别?

当然,这并不是说科学不需要想象猜测,确实需要,但更需要想象之后的证据!科学是非常严谨的,不是你想怎样就怎样!

纯理论分析,随着人类认知的提升,绝对零度确实有可能更低,但如果这样,绝不仅仅是绝对零度的降低,更是人类科学的绝对颠覆,因为与绝对零度绝不是一个单一孤立概念,与之相对性的还有光速,普朗克常数,量子力学的!


宇宙探索


什么是温度?

其实要了解这个问题,我们要想搞懂什么是温度?

可能你会说就是冷热。实际上,温度也确实是表示:

物体冷热程度的物理量。

但这些是在宏观上的体现。我们可以通过温度计来间接测量一个物体的温度变化。而用来测量物体温度数值的标尺叫温标。

如果从微观上来看这个问题,温度的本质是:

物体分子热运动的剧烈程度。

绝对零度

我们也可以换一个表述方法:温度是物体内分子间平均动能的一种表现形式。

也就是说,其实我们能够感觉到冷热,本质上是感受到的是分子间的平均动能。分子间的平均动能越大,温度就越高。分子间的平均动能越小,温度就越低。

那有没有可能分子间的平均动能为零呢?

是的,如果分子间的平均动能为零,那意思就是分子都不动了,静止了。

但是由于海森堡的不确定性的存在,绝对零度的物体内部粒子还在振动。

说白了就是不确定性原理不允许任何振动的系统的能量为零。

在直白一点,就是说如果停止振动,位置和动量就全部已知了,而不确定性原理是不允许这样的事情发生的。我们从不确定性原理原理的定义中就可以知道:

不确定性原理:粒子的位置与动量不可同时被确定,位置的不确定性越小,则动量的不确定性越大。

而分子处于这种“静止”时,温度就是−273.15°C,也就是绝对零度。

无法达到的“绝度零度”

那有没有可能出现低于绝对零度可能性呢?

直接给出答案:不可能!根据热力学第三定律:

完整晶体于绝对温度零度时(即摄氏-273.15度),熵增为零。

我们是无法达到绝对零度的,不要可能低于绝对零度。首先,我们可以想想在世界上哪里最冷?可能很多人会说,应该是浩瀚的,没有光照的太空?

但即使是完全没有光照的太空,也无法达到绝对零度,这个温度大概在3K左右(绝对零度是0K),也就是比绝对零度还大一点点。这是因为按照目前的理论,宇宙诞生于一次大爆炸。

大爆炸38万年后,大爆炸的“余热”以电磁波的形式还在宇宙中传播,这被我们叫做宇宙微波背景辐射。

但是我们刚才也说到,我们感受到温度其实是分子间的平均动能。由于宇宙单位面积内的原子数低得令人发指,所以,其实也不太能够感受到太空中的温度。

而目前已知的最接近于绝对零度的是在人类的实验室里,已经能够达到非常接近于绝对零度的状态。但是,科学家也知道是无法做到绝对零度的。

我们可以想想一个物体是如何降温的,我们通常拿一个比它温度更低的东西给他降温,比如,我们把热水和冰水放到一起,就变成了正常温度的水。而要达到绝对零度是用不了这个办法的,因为我们上哪找比绝对零度还要低的温度来中和?

所以,科学家想到的办法就是,能不能把原子们都搞得“静止”下来,通过激光进行操作,用这样的办法我们无限逼近绝对零度。

比如:德国、美国、奥地利等国科学家组成的研究小组,曾经在实验室里创造出了仅仅比绝对零度高0.5纳开尔文的温度纪录。


钟铭聊科学


根据热力学第三定律,绝对零度永远无法达到,只可无限逼近。因为任何空间必然存有能量和热量,也不断进行相互转换而不消失。所以绝对零度是不存在的,除非该空间自始即无任何能量热量。在此一空间,所有物质完全没有粒子振动,其总体积并且为零。

所以如果有达到这个温度,那这三维空间会崩溃坍缩,直接消失不见,绝对零度容不下物质和空间的存在……

还有我的另一种猜想,就是空间没有崩溃,但是这个空间的物质的三维结构会崩溃,会向空间第四维扩散! 希望我的猜想是对的,因为如果成立,那就是说明了我们三维宇宙的边界同样是广阔的四维空间的边界。我们的宇宙的一直膨胀,其实是从三维物质往四维展开!




木子13898153


绝对零度是理论上的最低温度,因为在绝对零度中连电子光子都停止了,还有什么比停止更慢的速度?所以正因为宇宙深空有温度哪怕接近绝对零度物质中的电子就会活动,有活动就会产生电磁波就会被人类天文仪器接收到信号。


栖雁林


绝对零度是根据理想气体所遵循的规律(即理想气体状态方程),用外推的方法得到的。用这样的方法,当温度降低到-273.15℃时,气体的体积将减小到零。如果从分子运动论的观点出发,理想气体分子的平均平动动能由温度T确定,那么也可以把绝对零度说成是“理想气体分子停止运动时的温度”。以上两种说法都只是一种理想的推理。事实上一切实际气体在温度接近-273.15℃时,将表现出明显的量子特性,这时气体早已变成液态或固态。总之,气体分子的运动已不再遵循经典物理的热力学统计规律。通过大量实验以及经过量子力学修正后的理论导出,在接近绝对零度的地方,分子的动能趋于一个固定值,这个极值被叫做零点能量。这说明绝对零度时,分子的能量并不为零,而是具有一个很小的数值。原因是,全部粒子都处于能量可能有的最低的状态,也就是全部粒子都处于基态。



六扇门王大爷


是三维物质宇宙的下限,是四维的起点。和所谓的奇点、普朗克尺度、光速(在其中可能算个头比较小的)有一定关联。是两个时间轴的垂直点,但不交叉。和两个无限接近的实数距离有关。我们的温度是力的表现形式。



代华的时间轴


三维空间开始坍缩,就这么简单


HelloOne


在绝对零度时分子都不运动啦,不运动意味着死亡,那是温度是物质的起点也是终点,按现在的物理体系应该不会有更低的啦


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